逆向涡对超疏水壁面减阻影响的TRPIV实验研究

摘要：

超疏水壁面由于具有减阻和自清洁功能而成为国内外减阻和海洋防污等研究领域的热点之一，而20世纪湍流中相干结构的发现为湍流的控制指出新的方向，尤其近壁区涡结构对摩擦阻力贡献很大.利用高时间分辨率粒子图像测速技术，研究了超疏水壁面(SH)以及亲水壁面(PH)湍流边界层中正负展向涡的空间分布特征，研究逆向涡对超疏水壁面近壁区流动结构的影响和超疏水壁面的减阻机理.首先利用空间多尺度局部平均涡量的概念提取壁湍流发卡涡展向涡头(顺向涡)和逆向涡，实现了准确识别涡心并排除小尺度涡的干扰；然后根据检测到的顺向涡和逆向涡流线分布图，发现逆向涡始终处于正向涡的上游和下方，并且对正向涡的进一步发展起抑制作用；最后对两种壁面边界层中逆向涡数量以及出现概率进行对比，发现具有减阻效果的超疏水壁面边界层中出现更多逆向涡.说明逆向涡可抑制上方顺向涡与壁面的强烈剪切，并使靠近壁面的流体加速，从而产生减阻效果；超疏水壁面中涡结构具有更大的β角，使其更好地阻碍了发卡涡头附近强烈的喷射和扫略；超疏水壁面逆向涡出现概率明显大于亲水壁面.这些结果表明：超疏水壁面表现出的减阻特性(Reδ≈13500，减阻5.8%)与两板产生逆向涡的差异有关.

关键词：超疏水壁面、逆向涡、减阻机理、TRPIV

所属期刊栏目：48

分类号：O357.4+3(流体力学)

资助基金：国家自然科学基金11272233,11332006,11572221,11411130150;国家重点基础研究发展计划9732012CB720101,2012CB720103

在线出版日期：2016-10-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1033-1039